DE3783045T2

DE3783045T2 - GETTER SYSTEM.

Info

Publication number: DE3783045T2
Application number: DE8888902351T
Authority: DE
Inventors: J Podgorski
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1986-12-31
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2007-12-19
Also published as: DE3783045D1; CA1290046C; WO1988005219A2; JPH02501875A; WO1988005219A3; US4740985A; EP0344210B1; EP0344210A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Getteranordnung für die Entfernung von Gasverunreinigungen, die in dem Lasergas eines Lasers enthalten sind und insbesondere auf eine Getteranordnung für einen Ringlaser-Winkelgeschwindigkeitssensor.The invention relates to a getter arrangement for the removal of gas impurities contained in the laser gas of a laser and in particular to a getter arrangement for a ring laser angular velocity sensor.

Getter und insbesondere Gettermaterialien sind wohlbekannt und finden in Gasen unter Hochvakuum Anwendung. Alkalische Erdmaterialien, üblicherweise Barium, werden in großem Umfang als Getter benutzt, um Restgase in solchen Hochvakuumeinrichtungen auszuspülen. Auf Grund der extremen Reaktivität dieser Materialien mit Luft sind handelsüblich erhältliche Gettermaterialien gewöhnlicherweise mit anderen Materialien, wie beispielsweise Aluminium legiert, um ihre Reaktivität mit in Luft gefundenen gewöhnlichen Gasen, wie beispielsweise Wasserstoff und ähnlichen Gasen zu vermindern.Getters, and in particular getter materials, are well known and have applications in gases under high vacuum. Alkaline earth materials, usually barium, are widely used as getters to purge residual gases in such high vacuum facilities. Due to the extreme reactivity of these materials with air, commercially available getter materials are usually alloyed with other materials, such as aluminum, to reduce their reactivity with common gases found in air, such as hydrogen and similar gases.

Gettermaterialien und Getterverfahren werden gewöhnlich in Lasern verwendet, in denen der Laserhohlraum zuerst von jeglichem Gas evakuiert wird und sodann mit einem Lasergas, wie beispielsweise Helium, Neon oder einer Kombination derselben gefüllt wird. Unglücklicherweise enthält das in solchen Hohlräumen angetroffene Lasergas einige Gasverunreinigungen. Daher werden Getter und Getterverfahren gewöhnlich verwendet. Ringlaser-Winkelgeschwindigkeitssensoren, die einen Ringlaser- Hohlraum verwenden, sind durch die Verunreinigung des Lasergases besonders betroffen. Ringlaser-Winkelgeschwindigkeitssensoren sind im Stand der Technik wohl bekannt und insbesondere in dem US-Patent 3 373 650 und 3 467 472 beschrieben, welche beide auf Killpatrick ausgegeben wurden, sowie in dem US-Patent 3 390 606, das auf Podgorski ausgegeben wurde, wobei jedes dieser Patente auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und die hier durch Bezugnahme eingeschlossen sind.Getter materials and gettering techniques are commonly used in lasers in which the laser cavity is first evacuated of any gas and then filled with a laser gas such as helium, neon, or a combination thereof. Unfortunately, the laser gas encountered in such cavities contains some gas impurities. Therefore, getters and gettering techniques are commonly used. Ring laser angular rate sensors which utilize a ring laser cavity are particularly affected by contamination of the laser gas. Ring laser angular rate sensors are well known in the art and are particularly described in U.S. Patent Nos. 3,373,650 and 3,467,472, both issued to Killpatrick, and U.S. Patent No. 3,390,606, issued to Podgorski, each of which patents is assigned to the assignee of the present invention and which are incorporated herein by reference.

In einigen Ringlaser-Winkelgeschwindigkeitssensoren ist eine Getteranordnung, die aus einem Schnappring besteht, der mit einem Getterstift verschweißt ist, der das Gettermaterial enthält, innerhalb des Ringlaser-Hohlraumes eingespannt. Das Gettermaterial wird unter Unterdruck gesetzt und die Sensorausnehmung wird an ihrem Quetschrohr abgeschlossen, wobei die Getteranordnung innerhalb des Laser-Hohlraumes verbleibt. Dieses System besitzt verschiedene Nachteile. Partikel, die sich von dem Abgabesystem auf Grund von Schock, Vibration und/oder Temperaturveränderungen ablösen, können den Sensor verschmutzen und seine nützliche Lebenszeit vermindern. Ferner wird ein bestimmter Betrag an Gasverunreinigung von dem Gettermaterial emittiert, unmittelbar bevor es unter Unterdruck gesetzt wird. Ferner können einige Verunreinigungsgase während des Einsatzes des Getter-Abgabesystems in den Sensor abgerieben werden.In some ring laser angular rate sensors, a getter assembly consisting of a snap ring welded to a getter pin containing the getter material is clamped within the ring laser cavity. The getter material is vacuumed and the sensor cavity is sealed to its pinch tube, leaving the getter assembly within the laser cavity. This system has several disadvantages. Particles dislodged from the delivery system due to shock, vibration and/or temperature changes can contaminate the sensor and reduce its useful life. In addition, a certain amount of gas contamination is emitted from the getter material immediately before it is vacuumed. In addition, some contaminant gases can be abraded into the sensor during use of the getter delivery system.

Ein anderes Verfahren für die Einführung eines Getters in den Ringlaser-Hohlraum ist insbesondere in dem auf Meyerhoff ausgegebenen US-Patent 4 530 854 beschrieben. Dieses zuletzt erwähnte Patent beschreibt ein verbessertes Verfahren, bei dem die Gettermaterialien außerhalb des evakuierten Raumes gezündet werden. Getteratome werden zu einem Strahl geformt, der zu einem vorbestimmten Bereich für die Ablagerung eines Filmes aus Gettermaterial auf diesem vorbestimmten Bereich innerhalb des Laserhohlraumes gerichtet ist.Another method for introducing a getter into the ring laser cavity is described in particular in US Patent 4,530,854 issued to Meyerhoff. This last-mentioned patent describes an improved method in which the getter materials are ignited outside the evacuated space. Getter atoms are formed into a beam which is directed to a predetermined area for the deposition of a film of getter material on that predetermined area within the laser cavity.

Obgleich die zuvor beschriebenen Getterkonzepte und Verfahren nützlich sind, führen sie selbst nicht zu sehr kleinen Ringlaser-Hohlräumen, in denen eine polygonale Laserstrecke in der Größenordnung von einem inch (2,5 cm) oder weniger auf jedem Bein der polygonalen Wegstrecke ist. Dies ist deswegen so, weil der Eintritt zu dem Laserhohlraum über den Laserblock sehr klein ist.Although the previously described getter concepts and methods are useful, they do not by themselves lead to very small ring laser cavities in which a polygonal laser path is on the order of one inch (2.5 cm) or less on each leg of the polygonal path. This is because the entrance to the laser cavity via the laser block is very small.

Brief description of the invention

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Getteranordnung vorzugeben, die an einem Laserblock befestigt werden kann und bei der das in der Getteranordnung enthaltene Gettermaterial daran gehindert wird, in den Laserhohlraum selbst einzutreten.An object of the invention is to provide a getter assembly that can be attached to a laser block and in which the getter material contained in the getter assembly is prevented from entering the laser cavity itself.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Getteranordnung durch ein Gehäuse gebildet, welches einen Hohlraum enthält, in welchem die Zuführung in den Hohlraum durch eine Endabdeckung abgedeckt ist, die für ausgewählte Gase durchlässig ist. Innerhalb der durch das Gehäuse gebildeten Ausnehmung befindet sich ein aktiviertes Gettermaterial zur Eliminierung ausgewählter Gasverunreinigungen innerhalb des Hohlraumes.In the present invention, the getter arrangement is a housing is formed which contains a cavity in which the inlet into the cavity is covered by an end cover which is permeable to selected gases. Within the recess formed by the housing there is an activated getter material for eliminating selected gas contaminants within the cavity.

Short description of the drawings

Figur 1 ist eine schematische Zeichnung eines Ringlaser-Winkelgeschwindigkeitssensors, der die Getteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.Figure 1 is a schematic drawing of a ring laser angular rate sensor using the getter arrangement according to the present invention.

Figur 2 ist ein Querschnitt durch die Getteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.Figure 2 is a cross-section through the getter arrangement according to the present invention.

Figur 3 ist eine Seitenansicht der mit einem Laserblock befestigten Getteranordnung.Figure 3 is a side view of the getter assembly mounted with a laser block.

Detailed description of the invention

Gemäß Figur 1 der Zeichnungen umfaßt ein Laserblock 10, wie er beispielsweise in dem US-Patent 3 390 606 dargestellt ist, einen Ringlaserhohlraum, der aus einem Laserblock 10 mit untereinander verbundenen Tunneln 11, 12 und 13 besteht. Der Sensor umfaßt terner Spiegel 14, 15 und 16, um die Erzeugung und Fortpflanzung von Laserstrahlen entlang der miteinander verbundenen Tunnel zu ermöglichen. Ferner können Anoden 17 und 18 und eine Kathode 19 an eine elektrische Energiequelle angeschlossen werden, um einen Ionisierungsstrom zu bilden, der seinerseits gegenläufige Laserstrahlen in einer bekannten Weise hervorruft. Die Anode 17 ist in Verbindung mit dem Tunnel 11 über eine Bohrung 20, die Anode 18 ist in Verbindung mit dem Tunnel 13 über eine Bohrung 21 und die Kathode 19 ist in Verbindung mit dem Tunnel 12 über eine Bohrung 22. Die Bohrungen 20, 21 und 22 gestatten der freien Mobilität des Lasergases einen Flug durch die Tunnel und Bohrungen und eine Kommunikation mit dem Paar von Anoden und der Kathode, wie dies wohlbekannt ist.Referring to Figure 1 of the drawings, a laser block 10, such as that shown in US Patent 3,390,606, comprises a ring laser cavity consisting of a laser block 10 with interconnected tunnels 11, 12 and 13. The sensor comprises internal mirrors 14, 15 and 16 to enable the generation and propagation of laser beams along the interconnected tunnels. Furthermore, anodes 17 and 18 and a cathode 19 can be connected to an electrical power source to form an ionization current which in turn generates counter-rotating Laser beams in a known manner. The anode 17 is in communication with the tunnel 11 via a bore 20, the anode 18 is in communication with the tunnel 13 via a bore 21 and the cathode 19 is in communication with the tunnel 12 via a bore 22. The bores 20, 21 and 22 allow the free mobility of the laser gas to travel through the tunnels and bores and communicate with the pair of anodes and the cathode, as is well known.

Figur 2 beschreibt in Einzelheiten die Getteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die als eine Getteranordnung und als eine Anode 18 und/oder 19 dient. Es liegt dem Fachmann auf der Hand, dar die Getteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung als eine getrennte Komponente verwendet werden kann und nicht die Doppelfunktion als Anode aufweisen muß. Nichtsdestoweniger soll die Getteranordnung hier in ihrer Doppelfunktion beschrieben werden.Figure 2 describes in detail the getter assembly according to the present invention, which serves as a getter assembly and as an anode 18 and/or 19. It will be apparent to those skilled in the art that the getter assembly according to the present invention can be used as a separate component and does not have to have the dual function as an anode. Nevertheless, the getter assembly will be described here in its dual function.

Die Getteranordnung, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, umfaßt ein Gehäuse 210 für die Bildung einer Ausnehmung 212. Das Gehäuse 210 ist in Figur 2 als zylindrisch geformt dargestellt, was jedoch nur beispielhaft ist und es sei darauf verwiesen, daß die Form des Gehäuses und der Ausnehmung für die Erfindung nicht kritisch ist. Das Gehäuse gemäß Figur 2 und die Seitenansicht gemäß Figur 3 kann einen Montageflansch 214 umfassen. Mit dem Montageflansch ist eine Endabdeckung 216 für die vollständige Abdeckung der Bohrung in die Ausnehmung 212 verbunden. Die Endabdeckung kann beispielsweise mit dem Gehäuseflansch 214 verschweißt sein. Die Oberseite des Gehäuses besteht aus Isoliermaterial 230, das die Durchführung von Elektroden 241 und 243 und deren Verbindung mit dem Hohlraum 212 gestattet. Mit den Elektroden 241 und 243 innerhalb des Hohlraumes 212 ist ein innerhalb des Hohlraumes 212 aufgehängtes Gettermaterial 250 verbunden. Die Endabdeckung 216 und der Isolator 230 sind so mit dem Gehäuse 210 verbunden, daß eine gasdichte Ausnehmung 212 gebildet wird. Ferner sind die durch den Isolator 230 verlaufenden Elektroden 241 und 243 so aufgebaut, daß sie eine gasdichte Ausnehmung 212 sicherstellen. Schließlich ist eine Quetschröhre 260 mit dem Gehäuse 210 für Zwecke verschweißt, die noch beschrieben werden.The getter arrangement as shown in Figure 2 comprises a housing 210 for forming a recess 212. The housing 210 is shown in Figure 2 as being cylindrically shaped, but this is only an example and it should be noted that the shape of the housing and the recess is not critical to the invention. The housing according to Figure 2 and the side view according to Figure 3 may comprise a mounting flange 214. An end cover 216 is connected to the mounting flange for completely covering the bore in the recess 212. The end cover may, for example, be welded to the housing flange 214. The top of the housing consists of Insulating material 230 which allows electrodes 241 and 243 to pass through and connect to cavity 212. Connected to electrodes 241 and 243 within cavity 212 is a getter material 250 suspended within cavity 212. End cap 216 and insulator 230 are connected to housing 210 to form gas-tight cavity 212. Further, electrodes 241 and 243 passing through insulator 230 are constructed to ensure gas-tight cavity 212. Finally, a crush tube 260 is welded to housing 210 for purposes to be described.

Die Getteranordnung wird für den Betrieb vorbereitet, indem zuerst die Ausnehmung 212 von jeglichem Gas über die Quetschröhre 260 evakuiert wird. Die Quetschröhre 260 kann an irgendeine, ein Vakuum erzeugende Einrichtung angeschlossen werden, so daß die Ausnehmung 212 von jeglichem Gas evakuiert wird und ein Vakuum darin geschaffen wird. Nachdem diese Funktion ausgeführt worden ist, wird die Quetschröhre 260 in einer im Stand der Technik wohlbekannten Weise abgequetscht, um eine gasdichte Ausnehmung 212 zu bilden.The getter assembly is prepared for operation by first evacuating the cavity 212 of any gas via the pinch tube 260. The pinch tube 260 may be connected to any vacuum generating device so that the cavity 212 is evacuated of any gas and a vacuum is created therein. After this function has been performed, the pinch tube 260 is pinched in a manner well known in the art to form a gas-tight cavity 212.

Als nächstes werden die Elektroden 241 und 243 elektrisch an eine geeignete Energiequelle angeschlossen, um das Gettermaterial 250 in einer wohlbekannten Weise zu zünden. Das Zünden des Gettermaterials aktiviert das Gettermaterial innerhalb der Ausnehmung 212. Es sei vermerkt, daß das Gettermaterial 250 in einer anderen Weise als durch Zünden aktiviert werden kann. Beispielsweise kann das Gettermaterial 250 ein Massekörper sein und die Elektroden 241 und 243 an eine Energiequelle angeschlossen sein, um den Massekörper aufzuheizen, der durch das Heizen aktiviert wird. Das Gettermaterial kann aus irgendeinem geeigneten Typ bestehen, um die beabsichtigte Funktion zu erfüllen, und es kann als Stange oder Scheibe und in ähnlicher Weise geformt sein.Next, the electrodes 241 and 243 are electrically connected to a suitable energy source to ignite the getter material 250 in a well-known manner. Ignition of the getter material activates the getter material within the recess 212. It should be noted that the getter material 250 can be activated in a manner other than by ignition. For example, the getter material 250 can be a mass body and the electrodes 241 and 243 are connected to a power source to heat the mass body which is activated by the heating. The getter material may be of any suitable type to perform the intended function and may be shaped as a rod or disk and the like.

Die Getteranordnung gemäß Figur 2 ist mit dem Laserblock 10 durch irgendwelche geeignete Mittel befestigt. Die Getteranordnung muß mit dem Laserblock 10 befestigt sein, um die Verbindungsbohrung 21 abzudichten und hierdurch der Endabdeckung die Verbindung mit irgendeinem Gas in der Bohrung 21 zu ermöglichen.The getter assembly of Figure 2 is secured to the laser block 10 by any suitable means. The getter assembly must be secured to the laser block 10 to seal the communication bore 21 and thereby allow the end cap to communicate with any gas in the bore 21.

Nach der Anbringung der verschiedenen Komponenten, die einen Ringlaser-Winkelgeschwindigkeitssensor ausmachen, insbesondere der Spiegel, der Anoden, der Kathoden und der Getteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wird der Laserhohlraum ebenfalls durch eine Quetschröhre (nicht dargestellt) evakuiert und mit einem Lasergas gefüllt. Zu diesem Zeitpunkt erfüllt die Getteranordnung 18 ihre beabsichtigte Funktion.After mounting the various components that make up a ring laser angular rate sensor, particularly the mirrors, anodes, cathodes and getter assembly according to the present invention, the laser cavity is also evacuated through a squeeze tube (not shown) and filled with a laser gas. At this point, the getter assembly 18 performs its intended function.

Die Endabdeckung, die als ein Deckel für die Ausnehmung 212 dient, dient ebenfalls als eine Endabdeckung für die Bohrung 21. Das Material und die Dicke der Endabdeckung 216 ist so gewählt, dar diese für Gas in sehr geringen Mengen durchlässig ist. Vorzugsweise ist die Endabdeckung sehr dünn und gestattet dem Wasserstoff eine Diffusion durch die Abdeckung und einen Niederschlag auf der Oberfläche innerhalb der Ausnehmung 212.The end cap, which serves as a lid for the recess 212, also serves as an end cap for the bore 21. The material and thickness of the end cap 216 is chosen to be permeable to gas in very small amounts. Preferably, the end cap is very thin and allows the hydrogen to diffuse through the cap and precipitate on the surface within the recess 212.

Beispielsweise ist Zirkonium ein Material, das die beabsichtigte Funktion der Endabdeckung 216 erfüllen kann. In seiner beabsichtigten Operation können geringe Mengen von Wasserstoff- Verunreinigungsgas innerhalb des Lasergases in molekularer Form durch die Endabdeckung 216 hindurchtreten, um durch das Gettermaterial innerhalb der Ausnehmung 212 neutralisiert zu werden. Auf diese Weise können somit die Gasverunreinigungen aus dem Laserhohlraum eliminiert werden. Auf Grund der "Abdicht"- Funktion der Endabdeckung 216 können keine Gettermaterial- Teilchen in die Bohrungen und die miteinander verbundenen Ausnehmungen des Laserblockes 10 eintreten.For example, zirconium is a material that can fulfill the intended function of the end cap 216. In its intended operation, small amounts of hydrogen impurity gas within the laser gas in molecular form can pass through the end cap 216 to be neutralized by the getter material within the recess 212. In this way, the gas impurities can thus be eliminated from the laser cavity. Due to the "sealing" function of the end cap 216, no getter material particles can enter the bores and the interconnected recesses of the laser block 10.

Wenn die Endabdeckung 216 aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Zirkonium gemacht wird, so kann diese auch als eine der Elektroden dienen, die die Ionisation des Lasergases bildet. Vorzugsweise kann die Getteranordnung als eine Anode für den Ringlaser-Winkelgeschwindigkeitssensor dienen.If the end cap 216 is made of an electrically conductive material such as zirconium, it can also serve as one of the electrodes that provides ionization of the laser gas. Preferably, the getter assembly can serve as an anode for the ring laser angular rate sensor.

Claims

1. Getter arrangement for use in a gas discharge device, which comprises:

a housing (210) which forms a cavity (212) and with a feed (21) to this cavity;

an end cap (216) for covering the feed, the end cap comprising a gas permeable material; and an activated getter material (250) in the cavity to eliminate selected gas contaminants within the cavity, the getter material being electrically connectable between first and second electrodes (241,243) disposed in the cavity.

2. The assembly of claim 1, wherein the housing comprises an insulating material (230) through which the first and second electrodes pass.

3. The assembly of claim 1, wherein the end cap is made of zirconium.

4. Ring laser angular velocity sensor comprising;

a laser gas discharge block (10) with several connected recesses (11.12,13) which form a closed polygonal path;

a first lead (21) in communication with the connected recesses and extending to a first opening in a first end face of the block; and

a getter arrangement comprising:

a housing (210) defining a cavity (212) and including an input lead to the cavity, the housing being secured to the first end face and surrounding the first opening in the first end face so that the input lead is in communication with the first lead;

an end cover (216) for covering the input feed, the end cover being made of a gas-permeable material, and

an activated getter material (250) in the housing cavity for eliminating selected gas contaminants within the cavity, the getter material being electrically connectable between first and second electrodes (241,243) disposed in the cavity.

5. The sensor of claim 4, wherein the end cap is electrically connected to a power source to allow an electrical current to pass to another electrode in communication with the gas.

6. The sensor of claim 4, wherein the end cap is made of zirconium.